第講-同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)及特性分析

第七講同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)及特性分析（5）主講人：李巖松華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院liyansong811@126.comNorthChinaElectricPowerUniversitypage22023/12/27第四章同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)及特性分析本章運用自動控制理論來分析同步發(fā)電機(jī)自動勵磁調(diào)節(jié)的動態(tài)特性及其對電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定的影響NorthChinaElectricPowerUniversitypage32023/12/27第七節(jié)低頻振蕩與電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS低頻振蕩或者功率振蕩常出現(xiàn)在長距離、重負(fù)荷輸電線上，特別是在快速高頂值倍數(shù)勵磁系統(tǒng)的條件下更容易發(fā)生，這是因為互聯(lián)系統(tǒng)缺乏阻尼而造成的。物理系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模物理映射數(shù)學(xué)分析發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線路并列運行，在擾動下會發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對搖擺，并在缺乏阻尼時引起持續(xù)振蕩。此時，輸電線上功率也會發(fā)生相應(yīng)的振蕩。由于其振蕩頻率很低，一般為0.2-2.5Hz，故稱為低頻振蕩（又稱為功率振蕩，機(jī)電振蕩）

低頻振蕩的解決辦法是：在勵磁系統(tǒng)引入適當(dāng)?shù)男盘?，以增?qiáng)系統(tǒng)的阻尼。NorthChinaElectricPowerUniversitypage42023/12/27一、同步發(fā)電機(jī)的動態(tài)方程在描述同步發(fā)電機(jī)的動態(tài)方程時，考慮在處于小擾動情況下運動方程可以進(jìn)行線性化。假設(shè)條件是：1、忽略阻尼效應(yīng)。2、忽略定子繞組的電阻。3、在定子和負(fù)荷的電壓方程中，d、q軸的感應(yīng)電動勢中與轉(zhuǎn)速電動勢相比可以忽略。4、感應(yīng)電動勢中近似等于5、選定初始點后，飽和效應(yīng)可以忽略。NorthChinaElectricPowerUniversitypage52023/12/271、暫態(tài)電動勢的方程式發(fā)電機(jī)的用電機(jī)參數(shù)表示的同步電機(jī)方程：定子繞組磁鏈方程定子繞組電壓平衡方程轉(zhuǎn)子繞組磁鏈方程轉(zhuǎn)子繞組電壓平衡方程N(yùn)orthChinaElectricPowerUniversitypage62023/12/271、暫態(tài)電動勢的方程式其中，定義如下變量：NorthChinaElectricPowerUniversitypage72023/12/271、暫態(tài)電動勢的方程式在實際應(yīng)用中常根據(jù)對分析和計算精度要求的不同，對同步發(fā)電機(jī)的方程進(jìn)行簡化。1、三繞組（f、D、Q）轉(zhuǎn)子模型轉(zhuǎn)子q軸通常只考慮一個等值阻尼繞組Q，認(rèn)為g繞組不存在。定子電壓平衡方程和定子磁鏈方程不變。2、兩繞組（f、g）轉(zhuǎn)子模型轉(zhuǎn)子q軸通常只考慮一個阻尼繞組g，認(rèn)為D、Q繞組不存在。定子電壓平衡方程不變。NorthChinaElectricPowerUniversitypage82023/12/271、暫態(tài)電動勢的方程式3、不計阻尼繞組的模型不計阻尼繞組的影響。所有與阻尼繞組g、D、Q有關(guān)的互阻抗都為零。定子電壓平衡方程不變定子繞組磁鏈方程轉(zhuǎn)子電壓平衡方程N(yùn)orthChinaElectricPowerUniversitypage92023/12/271、暫態(tài)電動勢的方程式4、恒定模型這個模型認(rèn)為勵磁繞組暫態(tài)過程和勵磁調(diào)節(jié)器共同作用使得：5、經(jīng)典模型經(jīng)典模型是將同步電機(jī)看成一個帶內(nèi)阻抗的簡單電源，內(nèi)阻抗的電阻部分等于定子繞組的電阻，電抗部分等于d軸暫態(tài)電抗，電源電動勢的大小在暫態(tài)過程中保持不變。這個模型與經(jīng)典模型是電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程分析中早期采用的兩種模型。這兩種模型都不計阻尼繞組對暫態(tài)過程的影響。NorthChinaElectricPowerUniversitypage102023/12/271、暫態(tài)電動勢的方程式在這里采用“3不計阻尼繞組的模型”NorthChinaElectricPowerUniversitypage112023/12/271、暫態(tài)電動勢的方程式NorthChinaElectricPowerUniversitypage122023/12/272、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運動方程和電磁轉(zhuǎn)矩方程N(yùn)orthChinaElectricPowerUniversitypage132023/12/273、發(fā)電機(jī)端電壓方程N(yùn)orthChinaElectricPowerUniversitypage142023/12/274、海佛榮-飛利浦斯（Heffron-Philips）模型海佛榮-飛利浦斯（Heffron-Philips）模型NorthChinaElectricPowerUniversitypage152023/12/275、參數(shù)隨負(fù)荷變化的規(guī)律NorthChinaElectricPowerUniversitypage162023/12/27二、計及計及勵磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性分析NorthChinaElectricPowerUniversitypage172023/12/27二、計及計及勵磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性分析快速勵磁系統(tǒng)NorthChinaElectricPowerUniversitypage182023/12/27二、計及計及勵磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性分析（1）當(dāng)負(fù)荷較輕時勵磁系統(tǒng)加入后，機(jī)組的阻尼轉(zhuǎn)矩增大（2）當(dāng)負(fù)荷較重時大于零小于零總的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)機(jī)組就發(fā)生振蕩失步NorthChinaElectricPowerUniversitypage192023/12/27三、改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施——PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PowerSystemStabilizer，PSS）作用是產(chǎn)生一個正阻尼以抵消勵磁控制系統(tǒng)的負(fù)阻尼。轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過G（s）后引至勵磁系統(tǒng)的電壓參考點NorthChinaElectricPowerUniversitypage202023/12/271、PSS的傳遞函數(shù)若GX（s）與GP（s）準(zhǔn)確抵消，就可以提供正阻尼實際上，只要兩者的相頻特性相似，也能提供正阻尼NorthChinaElectricPowerUniversitypage212023/12/272、PSS的基本構(gòu)成環(huán)節(jié)1、相位校正環(huán)節(jié)：用以抵消勵磁系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的滯后角2、信號復(fù)歸環(huán)節(jié)：在穩(wěn)態(tài)時PSS不影響發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運行電壓穩(wěn)態(tài)輸出為零PSS的信號單元的傳遞函數(shù)North